fr.wedoany.com Rapport : Des chercheurs du Brookhaven National Laboratory du Département de l’Énergie des États-Unis, de la Northeastern University, de Google Quantum Intelligence Artificielle et de l’Université du Texas à Austin ont collaboré pour développer un algorithme quantique appelé transformation hermitienne quantique, capable de dépasser les limites du nombre d’opérations finies exécutables par les ordinateurs quantiques actuels, permettant ainsi à leurs performances de surpasser les systèmes classiques. La transformation hermitienne est largement utilisée en ingénierie et en physique pour décrire les niveaux d’énergie des oscillateurs harmoniques quantiques, et constitue également la base des systèmes gaussiens courants en apprentissage automatique et en science des données, ce qui indique le large potentiel d’application de cette nouvelle capacité. Ning Bao, professeur assistant à la Northeastern University et également titulaire d’un poste au Bureau des sciences computationnelles et des données du Brookhaven National Laboratory, a déclaré que la transformation hermitienne quantique est un algorithme quantique qui réalise la transformation hermitienne sur des états quantiques, et que ce projet a été lancé avec le financement du Département de l’Énergie des États-Unis.
Le développement d’algorithmes quantiques véritablement utiles reste un obstacle majeur à la réalisation des promesses de l’informatique quantique, car le domaine manque actuellement d’un nombre suffisant d’opérations standardisées pour offrir un avantage quantique. Cette innovation n’est pas seulement une simulation quantique d’un outil mathématique classique, mais aussi une nouvelle primitive structurellement différente, susceptible d’étendre le champ d’application de l’informatique quantique dans des domaines tels que l’intelligence artificielle. L’équipe de recherche a surmonté les problèmes d’inefficacité rencontrés précédemment lors de l’exécution de ces transformations sur des ordinateurs quantiques en concevant un circuit quantique à coût logarithmique, ce qui constitue une amélioration significative même pour de grands états quantiques. Ce circuit utilise une approximation précise des fonctions hermitiennes ainsi qu’une technique spécifique aux oscillateurs harmoniques, permettant aux ordinateurs quantiques de calculer rapidement les états futurs. Combinée à de nouvelles méthodes de configuration des qubits, la transformation hermitienne quantique devient une primitive quantique pratique et précise. Bao a expliqué que faire évoluer rapidement un système quantique signifie calculer directement son état à un moment donné, ce qui peut réduire considérablement le temps nécessaire à la préparation de l’état quantique si l’évolution temporelle dure longtemps. Bao a souligné que l’importance de ce travail réside dans le fait que l’informatique quantique manque actuellement d’une bibliothèque suffisante de primitives algorithmiques de base, essentielles pour des algorithmes plus complexes.
Le développement de la transformation hermitienne quantique résout le goulot d’étranglement critique du nombre limité d’algorithmes de base disponibles en informatique quantique. Les méthodes existantes reposent souvent sur des variantes de techniques éprouvées comme la transformée de Fourier quantique, ce qui limite la portée de l’avantage quantique, tandis que la transformation hermitienne quantique offre une approche structurellement différente, avec le potentiel de débloquer de nouvelles voies de calcul. Ce nouvel algorithme permet de transférer efficacement sur du matériel quantique les opérations mathématiques utilisées dans des domaines tels que la physique et l’apprentissage automatique. Son innovation clé réside dans la capacité à effectuer la transformation avec un coût logarithmique, ce qui signifie que le nombre d’étapes de calcul nécessaires est proportionnel au logarithme de la taille du problème, plutôt que linéaire, offrant ainsi une accélération exponentielle pour les grands états quantiques. L’équipe de recherche a également introduit une technique permettant aux ordinateurs quantiques de calculer directement l’état futur d’un système, contournant les simulations longues. La transformation hermitienne quantique, combinée à de nouvelles méthodes de configuration correcte initiale des qubits, crée une primitive pratique et de haute précision, capable d’analyser et de représenter les données de manière nouvelle. Bao a déclaré que les ordinateurs quantiques sont puissants, mais sans algorithmes quantiques, le champ d’application de cette puissance est très limité. Le développement de la transformation hermitienne quantique est issu d’un projet financé par le Département de l’Énergie des États-Unis, soulignant l’importance d’investissements continus pour étendre la base algorithmique de l’informatique quantique et élargir son impact potentiel dans les disciplines scientifiques. Cette efficacité est encore renforcée par la capacité de la transformation hermitienne quantique à calculer directement l’état futur d’un système, réduisant considérablement le temps de préparation.
